Реалістичність ігрових персонажів: як не потрапити в «зловісну долину»

Людиноподібні об'єкти можуть викликати почуття огиди, якщо вони недостатньо реалістичні. Проблему «ненатуральності» шкіри ігрових персонажів вирішили, беручи до уваги закони взаємодії світла з тривимірними структурними об'єктами і використовуючи статистичні методи при візуалізації.

Запускаючи ярлик улюбленої гри з персонажами-людьми, користувач пам'ятає, що віртуальна реальність - це не справжнє життя. Однак спокушений споживач вимагає реалістичного промальовування героїв ігрового сюжету. Обчислювальні потужності персональних комп'ютерів дозволяють домогтися деякої схожості. Але чим сильніше персонаж нагадує живу людину, тим більша огида може викликати у користувача. Виникає так званий «ефект зловісної долини». Що це означає?

Людиноподібні роботи, манекени і намальовані герої ігор можуть виглядати майже як люди. Однак зоркий погляд глядача вгадує підробку по несуразних емоціях, «скляних» неживих очах і «пластиковій» шкірі роботів і комп'ютерних персонажів. Обман викликає неприязнь і відчуття тривоги. Ці почуття заважають любителям відеоігор повністю розчинитися в процесі і отримувати від нього задоволення.

Проблема «пластикової» шкіри ігрових персонажів виникає тому, що алгоритми комп'ютерної візуалізації не враховують розсіювання світла в підповерхнісних шарах шкіри. Взаємодія світла зі структурованою тривимірною поверхнею - досить випадковий процес. Там, де в справу вступає ймовірність, чекай біди, тобто величезної кількості обчислень.

Промінь світла - це електромагнітна хвиля. Від енергії та напрямку хвилі залежить те, куди промінь полетить після зіткнення з атомами середовища. Розрахувати найбільш вірогідний напрямок можна, наприклад, за методом Монте-Карло. Метод отримав назву завдяки однойменному місту з великою кількістю казино, де править випадковість.

Випадковим чином промінь спрямовується на поверхню, де відчуває випадкові відображення і заломлення. Потім його шлях повторюється вказане число разів. Зазвичай - не менше мільйона. Мільйон, а то й більше, раз розрахувати шляхи всіх променів світла в приміщенні або на відкритій локації, траєкторії їх відображення від поверхневого і підповерхнісного шару намальованого персонажа - справа довга і ресурсозатратна. Персональний комп'ютер зависне, і в монітор полетять обрані образи.

Замість багаторазового проходу освітлення за шкірою персонажів дослідники з Університету штату Меріленд застосували інший метод реалістичної візуалізації. Дослідження Марка Олано, доцента кафедри інформатики та електротехніки, і Тяньтяня Се, доктора наук в області обчислювальної техніки, опубліковано в працях Асоціації обчислювальної техніки з комп'ютерної графіки та інтерактивних методів.

Підхід розробників заснований на методах офлайн-рендерингу, які використовуються в кіно. Рендеринг - це відмальовка персонажа за моделлю. Модель - це докладний опис геометрії об'єкта, хімічного складу та навколишніх його фізичних полів. У модель також входять координати точки спостереження і положення джерела освітлення. В описі моделі дослідникам потрібно було вибрати пікселі шкіри, які відображаються інакше через розсіювання світла в них.

Алгоритм вибору «інших» пікселів був заснований відхиленні від середнього значення постійно змінюваної в часі величини, тобто за статистичними формулами. Вибір пікселів здійснювався за один «прохід» по поверхні шкіри без повтору обчислень за методом Монте-Карло, що значно збільшило швидкість відмальовки. Розробники планують почати використовувати цю техніку найближчим часом, щоб створювати більш реалістичні людські фігури в іграх для більшого задоволення користувачів.